1ZS—150型旱直播水稻田碎土與清潔平地聯合作業機的設計

董可宏　關昕　孫喜巍

摘 要：現有的水田耕整機械完成水田的旱耕整地作業后，土壤狀況均難以較好地滿足水稻旱直播土地條件的要求。結合當前水稻旱直播作業的實際耕作需求，設計一種旱直播水稻田碎土與清潔平地聯合作業機，達到土壤細碎、土地表面平整度好、土壤清潔度高、可有效清除播種層土壤內的秸稈及雜草、滿足水稻旱直播作業要求的目的。

關鍵詞：水稻旱直播；稻田碎土；清潔平地；聯合作業機

中圖分類號：S2224 文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.08.012

0 引言

近年來，隨著我國城鎮化建設的加快，農村勞動力向非農業生產領域轉移人數的增大，農業生產勞動力的用工價格逐年快速增長。因此，具有省工省力、節本增收的水稻直播種植農藝技術得到種植戶的認可和應用。但是，由于我省寒地水稻旱直播的播期早，為了確保出苗率，水稻芽種需要播在土壤淺層，播深一般控制為5～20 mm，因此水稻旱直播對直播田的耕整地要求較高，其整地后要求地面平整、土塊細碎、播種層土壤內雜草含量少。采用現有的單一功能的鏵式犁翻耙或旋耕機具旋耕等的耕整地方式，均難以完全達到水稻旱直播土地條件的要求，存在整地后土壤土塊大、土地表面平整度差、尤其是土層內雜草、秸稈含量大的技術性問題，不能保證和達到水稻旱直播作業質量要求。

針對上述現有技術存在的問題，結合我省當前水稻旱直播作業的實際需求， 進行農機與農藝的緊密結合，設計一種能克服以上整地缺陷、實用性強、適宜水稻旱直播整地的作業機，用于在己耕地的基礎上進一步細碎土壤，清除淺表層土壤中的雜草，平整振壓土壤，使處理后的水田地更適合寒地直播稻的播種要術。

1 整機結構和工作原理

1.1 整機結構

如圖1所示，旱直播水稻田碎土與清潔平地聯合作業機主要由機架總成、動力輸入傳動箱、動力傳動系統、碎土刀軸總成、平地粉碎鎮壓輥、摟草彈性耙、上罩板等部件組成。

基本設計是：在機架總成上安裝動力輸入傳動箱和碎土刀軸總成；動力傳動系統將動力輸入傳動箱與碎土刀軸總成連接；在機架總成上、位于碎土刀軸總成上方部位處配裝上罩板；在機架總成上、位于碎土刀軸總成后方部位處，從前至后依次鉸連安裝摟草彈性耙和平地粉碎鎮壓輥，至此構成旱直播水稻田碎土與清潔平地聯合作業機。

1.2 工作原理

本設計采用碎土刀軸總成與摟草平地彈性耙、平地粉碎鎮壓輥組合式結構，在水稻田旱整地時依次完成碎土、從土層中摟草（包括秸稈等）、鎮壓式平地與粉碎復式聯合作業。

作業時，在拖拉機牽引下整機前行，外輸動力通過動力輸入傳動箱、動力傳動系統、驅動碎土刀軸總成旋轉，利用刀軸上刀片的旋轉運動和機具前進的復合運動對土壤的土塊進行擊打、拋擲及粉碎作業；摟草平地彈性耙在將土壤中的秸稈、雜草摟取集中清潔的同時，又對土層表面進行摟平作業；最后由平地粉碎鎮壓輥完成對土壤的鎮壓、細碎及壓平作業。本機一次作業后可達到旱直播水稻田的待播狀態，基本滿足直播稻精細耕作的要求。

2 主要系統、部件的設計

2.1 動力傳動系統的設計

整機采用中置傳動箱、側邊帶傳動的配置方式，通過一級錐齒輪增速并改變動力傳動方向，二級帶傳動增速，將拖拉機輸出動力經傳動系統傳遞到碎土刀軸總成，整機傳動系統結構簡單、傳動效率高、功率消耗少。

2.2 碎土刀軸總成結構及刀具排列

刀軸總成是整機入土作業的關鍵工作部件，直接影響其工作性能及作業質量。不合理的設計在工作過程中會出現整機振動大、碎土效果差、耕地不平、刀軸斷裂等一系列問題。本機刀軸采用組合連接式布局，即花鍵刀軸與刀座軸管是分開的兩部分，再通過連接組合成一體，有別于刀軸花鍵套與刀座軸管直接焊為一體。這種結構形式的優點是：若花鍵刀軸的花鍵部分磨損，只需更換該部分，無需更換整根刀軸，換裝方便，減少維修費用支出（如圖2所示）。

刀軸總成要保證工作平穩、負荷均勻、避免漏耕和堵塞等現象發生，則刀片在刀軸上的合理排列配置應滿足如下要求（如圖3所示）：

（1）刀片按螺旋線規則排列，全部刀片按左右交錯順序依次入土，入土的轉角間隔要相等。

（2）同一切削區內左右刀片數量相同且切土比相等。

（3）同一螺旋線上相鄰同向刀片的相位角要求大于36°，同一截面上兩刀座間夾角要求大于110°。

3 主要技術參數及性能指標

掛接方式：三點懸掛聯接

配套動力：>33.1 kW

工作幅寬：1.5 m

作業深度：<10 cm

刀軸轉數： 650 rpm /min

作業效率：1.0～1.5 hm2/h

碎土率%：>80%

耕后平整度：≤3 cm

結論

對整機進行了結構分析，完成刀軸總成的優化設計及理論計算。利用1ZS-150型旱直播水稻田碎土與清潔平地聯合作業機進行整地作業后，土塊細碎、田面平整、土層內雜草少，碎土率≥80%、地表平整度≤3 cm，符合耕作規范，達到設計指標，作業后的土地適合寒地直播稻的播種要求。